Widerstandsschweißen (engl.: resistance welding) ist ein Schweißverfahren für elektrisch leitfähige Werkstoffe auf Basis der Jouleschen Stromwärme eines durch die Verbindungsstelle fließenden elektrischen Stromes

mit
Q - Wärme in J
I - Stromstärke in A
R - Elektrischer Widerstand der Verbindungsstelle in Ω
t - Schweißzeit in s.

Dadurch werden die Verbindungspartner bis zum Aufschmelzen erhitzt. Nach dem Stromfluss entsteht nach der Wiedererstarrung der Schmelze eine Schweißverbindung. Durch Zusammendrücken während und nach dem Stromfluss wird beim Widerstandspressschweißen die Bildung einer innigen Verbindung unterstützt.

• Widerstandspressschweißen: im Allgemeinen ohne Zufuhr eines Zusatzwerkstoffes, jedoch mit einer Anpresskraft auf die Schweißpartner:
  • Widerstandspunktschweißen (engl.: resistance spot welding, spot welding)
  • Widerstandsbuckelschweißen (engl.: resistance projection welding)
  • Widerstandsrollennahtschweißen (engl.: resistance seam welding)
  • Widerstandsstumpfschweißen (engl.: resistance butt welding)
  • Kondensator-Impulsschweißen (engl.: capacitor impulse welding oder discharge welding)
  • Widerstandsbolzenschweißen (engl.: resistance stud welding)

• Widerstandsschmelzschweißen: ohne Presskraft, Zusatzwerkstoff möglich:
  • Kammerschweißen (engl.: enclosed resistance welding)
  • Elektro-Schlacke-Schweißen (engl.: electroslag welding)

Punktschweißen ist ein Widerstandsschweißverfahren zum Verschweißen von Blechen. Die Bleche (meist zwei, es sind aber auch Dreiblechschweißungen möglich) werden dabei durch zwei gegenüberliegende Elektroden an einem Punkt zusammengepresst. Durch die Elektroden wird ein Schweißstrom in das Blech eingeleitet. Das Aufschmelzen des Grundwerkstoffes erfolgt an der Stelle des größten elektrischen Widerstandes, d. h. in der Regel am Übergang zwischen den Blechen. Dieser Übergangswiderstand ist etwa 30mal höher als der Widerstand des Materials selbst. Die Elektroden sitzen meistens am Ende einer Punktschweißzange oder an Zylindern. Um ein Überhitzen der Elektroden zu vermeiden, wird häufig auf der Innenseite Kühlwasser hindurchgeleitet. Die Elektroden bestehen in fast allen Fällen aus Kupfer und Legierungen daraus, zum einen wegen der sehr guten Leitfähigkeit für Strom und Wärme, zum anderen aber auch, da der Übergangswiderstand der Elektroden zum Werkstückmaterial nur etwa fünfmal höher ist als der Widerstand im Werkstück selbst. Beim Punktschweißen neben bereits geschweißten Punkten kann es vorkommen, dass über diese Strom abfließt (sog. Nebenschluss) und damit weniger Wärme an der zu verschweißenden Stelle eingebracht wird.

 

Punktschweißen ist ein wichtiges Verfahren zur Verbindung der Karosserieteile im Automobilbau sowie bei der Fertigung elektrotechnischer Artikel und zum Beispiel Elektronenröhren.

In letzter Zeit wird alternativ zum Punktschweißen auch das Durchsetzfügen (ein formschlüssiges Umform-Fügeverfahren) angewandt.

 

Eine Sonderform des Punktschweißens ist das Bolzenschweißen. Es kann auch Merkmale des Lichtbogenschweißens aufweisen. Hierbei werden Bolzen (meist Gewindebolzen) auf Blech oder auch massive Körper geschweißt. Das Verfahren ist auch ohne rückseitige Kontaktierung ausführbar, zum Beispiel zur Befestigung der Heizkostenverteiler an Heizkörpern oder von Erdbolzen an Behältern.

Buckelschweißen entspricht im Prinzip dem Punktschweißen, wobei aber in einem der zu verbindenden Bauteile eine oder mehrere Erhöhungen (Schweißbuckel) eingebracht werden. Nur diese Buckel liegen nun auf dem anderen zu verschweißenden Bauteil auf. Durch die Geometrie des Buckels ist der Bereich des Stromüberganges genau definiert, als Elektroden werden (im Unterschied zum Punktschweißen) flächenhafte Kupferelektroden verwendet.

Während des Stromflusses schmilzt der Buckel teilweise auf, drückt das Material des Buckels teilweise in das andere Bauteil und geht mit diesem eine Verbindung ein. Eine weitere Variante des Buckelschweißens ist das Ausnutzen natürlicher Buckel, beispielsweise beim Schweißen von Gittern (sogenanntes Kreuzdrahtschweißen). Dabei fließt Strom über die Kontaktstellen der einander kreuzenden Metallstäbe, wodurch es an diesen Stellen zur Erwärmung und Verschweißung kommt.

Die Vorteile des Buckelschweißens liegen in dem geringen Elektrodenverschleiß und in der gleichzeitigen Verschweißbarkeit mehrerer Buckel. Wegen der Aufteilung des Schweißstromes auf mehrere Buckel muss die Schweißstromquelle einen entsprechend der Buckelzahl höheren Strom liefern können.

Das MIG/MAG-Schweißen ist eines der jüngeren Lichtbogenschweißverfahren. Es stammt aus den USA, wo es 1948 zuerst angewandt wurde. Kurze Zeit später kam es nach Europa. Es wurde zuerst nur mit inerten Gasen oder mit Argon, das nur geringe Mengen an aktiven Bestandteilen (z. B. Sauerstoff) enthielt, angewandt und hieß deshalb abgekürzt SIGMA-Schweißen („shielded inert gas metal arc“).

 

Die Sowjetunion verwendete dann ab 1953 anstelle der teuren Inertgase wie Argon oder Helium ein aktives Gas zum Schweißen, nämlich Kohlendioxid (CO₂). Dies war nur möglich, weil inzwischen auch Drahtelektroden entwickelt wurden, die den beim Aktivgasschweißen höheren Abbrand von Legierungselementen ausglichen.

MIG/MAG (Metall-Inert-Gas; reaktionsträge Gase)/(Metall-Aktiv-Gas; aktive Gase) ist ebenfalls ein Lichtbogenschweißverfahren, bei dem der abschmelzende Schweißdraht von einem Motor in veränderbarer Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt wird. Gleichzeitig wird der Schweißstelle über eine Düse das Schutz bzw. Mischgas mit ca. 10 l/min (Faustformel: Schutzgas-Volumenstrom 10 l/min pro mm Schweißdraht-Durchmesser) zugeführt. Dieses Gas schützt das flüssige Metall unter dem Lichtbogen vor Oxidation, welche die Schweißnaht schwächen würde.

MIG bedeutet Metall-Inertgasschweißen. Hierbei wird kein Aktivgas, sondern nur ein Inertgas (in der Regel Argon, aber auch Helium) zugeführt, um den Luftsauerstoff von der Schweißnaht fernzuhalten. Diese Schutzgase werden benötigt, um hochlegierte Stähle, NE-Metalle und Al-Legierungen zu schweißen.

 

Beim Metall-Aktivgasschweißen (MAG) wird entweder mit reinem CO₂ oder einem Mischgas aus CO₂, Argon und O₂ gearbeitet, um die Schweißverbindung entsprechend den besonderen technologischen Erfordernissen zu beeinflussen. Das MAG-Schweißverfahren wird bei un- und höher legierten Stählen eingesetzt.

Durchsetzfügen ist ein Verfahren zum Verbinden von Blechen ohne Verwendung eines Zusatzwerkstoffes. Man kann es sowohl zu den Fügeverfahren als auch zu den Umformverfahren rechnen, da die Verbindung durch Umformen des Werkstoffs erreicht wird.

1. Kombiniertes Einsenken und Durchsetzen
2. Stauchen und Breiten
3. Ausfüllen der Gravur
4. Öffnen der beweglicher Matrizensegmente
5. Seitliches Hinterherfließen

Eine Untergruppe des Fügens ist nach DIN 8593 das Fügen durch Umformen. Das Fügen ist wiederum aufgeteilt in Fügen durch Umformen drahtförmiger Körper, bei Blech-, Rohr- und Profilteilen und durch Nietverfahren. Nach DIN 8593 ist dem Fügen durch Umformen bei Blech-, Rohr und Profilteilen neben Quetschen und Verpressen unter anderem das Durchsetzfügen, auch Clinchen genannt, zugeordnet. Ein Vorteil des Clinchen ist, dass kein Vorlochvorgang durchgeführt wird.

 

Die statischen Festigkeiten liegen im Bereich von etwa 2/3 bis hin zum 1,5 fachen einer vergleichbaren Punktschweißverbindung. Die Dauerfestigkeit ist aufgrund von fehlender Kerbwirkung (bei nicht schneidenden Verbindungen) und nicht vorhandener Wärmeeinflusszone höher als bei Punktschweißverbindungen. Besonders wenn unterschiedliche Blechstärken verbunden werden müssen bietet das Clinchen großes Potential. Wenn die Fügerichtung "Dick in Dünn" eingehalten wird sind statische Festigkeiten, die das Anderthalbfache der Festigkeit einer Punktschweißverbindung übersteigen, möglich. Ein weiterer Vorteil ist, dass auch verschiedenartige Materialien und/oder beschichtete Bleche gefügt werden können.

 

Ein Durchsetzfügewerkzeug besteht aus einem Stempel und einer Matrize. Die zu verbindenden Bleche werden durch den Stempel ähnlich wie beim Tiefziehen unter plastischer Deformation in die Matrize gedrückt. Durch eine spezielle Gestaltung der Matrize entsteht eine druckknopfähnliche Form, die die Bleche form- und kraftschlüssig miteinander verbindet. Je nach System bewirkt entweder eine Vertiefung im Boden einer Starrmatrize oder das Nachgeben beweglicher Matrizensegmente, dass die Bleche eine Überschneidung ausbilden. Zu unterscheiden sind hier unter anderem der Rundpunkt, bei dem der Stempel eine runde, gasdichte Vertiefung hinterlässt , und der Rechteckpunkt, bei dem die Verbindung an zwei Seiten eingeschnitten wird und so die Gasdichtigkeit nicht gegeben werden kann. Dafür können in diesem Verfahren auch höherfeste Materialien miteinander verbunden werden.